Résonance paramagnétique dans la bande de 10000 - E

Résonance paramagnétique dans la bande de
10,000 MC/s. de l'europium et du gadolinium
soumis à un champ cristallin cubique
Autor(en): Ryter, Charles
Objekttyp: Article
Zeitschrift: Helvetica Physica Acta
Band (Jahr): 30 (1957)
Heft V
Persistenter Link: http://doi.org/10.5169/seals-112820
PDF erstellt am: 25.05.2017
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Résonance paramagnétique dans la bande de 10,000 MC/s.
de l'europium et
du gadolinium soumis àun champ cristallin cubique
par Charles Ryter.
(20. VI. 1957.)
Résumé. L'europium bivalent et le gadolinium trivalent apparaissent comme
impuretés dans la fluorine naturelle CaF2. Ils sont soumis àun champ électrique
de symétrie cubique et sont tous-deux dans un état de base %Sin. Les spectres de
résonance paramagnétique observés à10,000 MC/s. permettent de déduire la sépa¬
ration de base totale AE, le rapport Rentre les trois sous-niveaux Stark qui est
légèrement différent de 3/5, et le facteur de Lande g. On atrouvé les valeurs sui¬
vantes :
Gd3+: AE 0,1491 ±0,0008 cm"1; R0,596 ±0,002; g1,9918 ±0,0010
Eu2+: AE 0,1784 ±0,0009 cm"1; R0,612 ±0,003; g1,9927 ±0,0010
Pour l'europium, la structure hyperfine des deux isotopes est résolue pour la
direction 001 du champ magnétique. Le rapport des moments nucléaires et les
constantes de couplage Kvalent:
isT151 32,62 ±0,10 gauss; K153 16,23 ±0,10 gauss;
¦^L_2,26 +0,02.
Le spectrographe herzien utilisé pour ces expériences permet l'étude de l'absorption
paramagnétique en éliminant la dispersion. Il est décrit sommairement et le schéma
des éléments nouveaux est donné.
La résonance paramagnétique est due aux transitions dipolaires
magnétiques induites par un champ de radio-fréquence entre les
sous-niveaux magnétiques d'un même état atomique, lorsque ceux-
ci sont séparés par un champ magnétique extérieur. Dans la pre¬
mière partie de ce travail, nous décrirons un spectrographe herzien
permettant l'étude de ce phénomène àune fréquence de 9200 MC/s.
Dans la seconde partie, nous présenterons les observations faites sur
l'europium bivalent et le gadolinium trivalent dispersés dans le
réseau cubique du fluorure de calcium, et nous les comparerons
aux résultats provenant de l'étude théorique de ce problème.

Klystron émetteur
•O
Atténuateur
-*c -7-
^z
Détecteur Caritè de référence Indicateur d'accord
Détecteurde
phase
28 MC/s.
Amplificateur
28±3MC/s.
gain'0-7000 [Ffr^
I|Modulateur
Amplificateur
d'isolement
Amplificateur
de courant
continu oscillateur
2SMC/s.
Amplificateur
d'isolement
oscillateur
700pfs.
Correction de la
fréquence de l'émetteur r_-|
zteurde J
Détecteurde
phase
7Ô0p/s
Ô
Contrôle de modulation
(Oscillographe)
1
«
esrsAtc/s
gawû-W.ûût
cavitéde mesure
"CL
(^—
Filtre passe-bande
Klystron local
Résonance
nudéaire
l'rdéfec/eur
Détecteur
accordésur
62 MC/s
Détecteur
accordésur
MMC/s.
^Amplificateur
différentiel
toscrimmateur
defréquence)
Ampi/ficafear I
-^ continu et J
fittrepasse-àas
Amplificateur
additif \7U
tûLAJL Amplificateur,
écrêfeur
Sv'déttcleur
Amplificateur
sé/ecfif
SOpfs
Défecteurde
phase
Sûp/s.
Ô
Contrôle durég/açe
fOsci/logreipfie)
Fig. 1. Schéma général du spectrographe.
ptiase tfci ¦f-
fsop/s.
I_l L,
Enregistreur
àdeux
canaux
Sûfi/i.
w
Gl
?H-
SG
'17.

Vol. 30,1957. Résonance paramagnétique... 355
I. Dispositif expérimental.
1. Introduction.
Le dispositif expérimental apour fonction la mesure de l'énergie
absorbée par le corps paramagnétique en fonction d'un champ ma¬
gnétique lentement variable, dans la bande des longueurs d'onde
de 3,2 cm. Il se compose essentiellement d'un émetteur fournissant
les ondes électromagnétiques, d'une cavité résonante contenant l'é¬
chantillon et placée dans l'entrefer de l'électroaimant, d'un récep¬
teur àfaible bruit de fond, d'un dispositif de résonance nucléaire
permettant la mesure du champ magnétique et d'un enregistreur
fournissant simultanément le spectre recherché et l'échelle du champ
magnétique.
Bien que dérivé de principes devenus classiques, ce dispositif est
muni de certains perfectionnements lui permettant d'observer l'ab¬
sorption paramagnétique indépendamment de tout phénomène de
dispersion;des réglages automatiques de fréquence agissant en per¬
manence lui permettent de fonctionner plusieurs heures de suite
dans des conditions identiques, sans qu'aucune retouche des réglages
ne soit nécessaire. Cette particularité est utile lors de l'enregistre¬
ment de spectres étendus pouvant durer une heure.
Le schéma de principe de l'appareil*) apparaît dans la figure 1
et les détails caractéristiques sont représentés dans les figures 3et 4.
Nous allons en décrire brièvement le fonctionnement.
2. La cavité de mesure et le pont.
La cavité de mesure fonctionne dans le mode TE101; elle est dis¬
posée de telle sorte que le champ magnétique oscillant auquel est
soumis l'échantillon soit perpendiculaire au champ statique. Si la
susceptibilité complexe du spécimen est exprimée par %%+i%"
et si l'émetteur fournit une fréquence fixe accordée sur celle de la
cavité en l'absence de résonance, la variation de la puissance réflé¬
chie par la cavité est proportionnelle àx'2 +x"2> donc au carré du
module de la susceptibilité1). Si les courbes de résonance étudiées
ne sont pas très étroites, et surtout si elles sont multiples, leur
forme n'exprime que très imparfaitement la variation de %" en
fonction du champ magnétique, et ne permet pas de détermination
précise de la position de ces résonances2). Ce défaut est éliminé par
une modulation de la fréquence de l'émetteur sur laquelle nous re¬
viendrons. On peut donc négliger la présence de %' pour ne considérer
*) Tous les organes de l'appareil ont été construits et mis au point par l'auteur.

356 Charles Ryter. H.P. A.
que l'effet de %" sur les caractéristiques électriques de la cavité, ce
qui revient àsupposer que l'émetteur est toujours accordé sur la fré¬
quence propre de la cavité. Posons, pour l'énergie perdue par
période :
1 1 Energie absorbée par •/"
Q" 2n Energie présente dans la cavité
11Energie perdue par conduction et pertes diélectriques
Q0 2nEnergie présente dans la cavité
1 1 Energie perdue par rayonnement par le couplage
Q1 2ti Energie présente dans la cavité
111 qui exprime toutes les pertes autres que
QQ" Qo Par rayonnement dans le guide de couplage.
Le coefficient de reflection do la cavité vaut en général
(•-fl-K^)
Rc
et àla résonance
R
(-fHK^)
Qi TQo
en explicitant les pertes magnétiques. Celles-ci étant petites par
rapport àtoutes les autres, on a
-4<—;—
QVi Qo
et l'on peut définir la sensibilité de la cavité par
dRc
(w)
aàM. 1
Scpour yp
d\
ce qui donne S-2ft ^
Qi\2 '
(-tr
Cette expression passe par un maximum pour Qx Q0, c'est-à-
dire lorsque la cavité est adaptée au guide et que la puissance ré¬
fléchie est nulle en l'absence d'absorption. Elle est d'autant plus
grande que Qx ou Q0 sont grands. La bande passante du circuit ré¬
cepteur étant beaucoup plus étroite que celle définie par la sur¬
tension de la cavité résonante, le bruit dû àl'agitation thermique